W 2013 r. Europejska Agencja Kosmiczna uruchomiła Gaia statek kosmiczny. Jako następca Hipparcos misji, to obserwatorium kosmiczne spędziło ostatnie trzy i pół roku gromadząc dane o kosmosie. Informacje te zostaną wykorzystane do skonstruowania największej i najbardziej precyzyjnej mapy astronomicznej 3D, jaką kiedykolwiek stworzono.
Podczas badania kosmosu Gaia ujawniła również kilka bardzo interesujących rzeczy po drodze. Na przykład po zbadaniu Gaia Katalog ze specjalnie zaprojektowaną sztuczną siecią neuronową zespół europejskich badaczy wykrył niedawno sześć nowych gwiazd nadpobudliwości w Drodze Mlecznej. Jedna z tych gwiazd porusza się tak szybko, że ostatecznie może opuścić naszą galaktykę.
Ich badanie - zatytułowane „Sztuczna sieć neuronowa do odkrywania gwiazd nadpobudliwości: kandydaci w Gaia DR1 / TGAS” - zostało niedawno opublikowane w Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society. Został on zaprezentowany pod koniec zeszłego miesiąca podczas Europejskiego Tygodnia Astronomii i Nauki o Kosmosie, który odbywał się w dniach 26–30 czerwca w Pradze w Czechach.
Gwiazdy hiperszybkości są rzadką i fascynującą rzeczą. Podczas gdy wszystkie gwiazdy Drogi Mlecznej są w ciągłym ruchu, krążąc wokół centrum naszej galaktyki, niektóre są przyspieszane do prędkości nawet do setek kilometrów na sekundę. W przeszłości astronomowie wywnioskowali, że te szybko poruszające się gwiazdy są wynikiem bliskiego spotkania gwiezdnego lub eksplozji supernowej gwiezdnego towarzysza.
A nieco ponad dziesięć lat temu astronomowie zdali sobie sprawę z nowej klasy szybkich gwiazd, które, jak się uważa, zostały przyspieszone w wyniku wcześniejszych interakcji z supermasywną czarną dziurą (Strzelec A *), która znajduje się w centrum naszej galaktyki. Gwiazdy te są niezwykle ważne w badaniu ogólnej struktury Drogi Mlecznej, ponieważ wskazują na rodzaje wydarzeń i sił, które ukształtowały jej historię.
Jak wyjaśniła Elena Maria Rossi z Leiden University w Holandii i jeden ze współautorów tego artykułu w komunikacie prasowym ESA:
“Są to gwiazdy, które przebyły duże odległości przez Galaktykę, ale można je prześledzić z powrotem do jej rdzenia - obszaru tak gęstego i zaciemnionego przez gaz międzygwiezdny i pył, że zwykle trudno go obserwować - dlatego dostarczają kluczowych informacji o polu grawitacyjnym Droga Mleczna od centrum do jej obrzeży.“
Znalezienie takich gwiazd nie jest łatwym zadaniem, głównie dlatego, że ich prędkość sprawia, że niezwykle trudno jest je dostrzec w ogromnym i zatłoczonym dysku Drogi Mlecznej. W rezultacie naukowcy polegali na poszukiwaniu młodych, masywnych gwiazd (od 2,5 do 4 mas Słońca) w starej gwiezdnej populacji Galaktyki. Zasadniczo ich młody wiek i wysoka masa świadczą o tym, że nie mogły się tam urodzić.
W połączeniu z pomiarami ich prędkości i ścieżek w przeszłości metoda ta potwierdziła istnienie gwiazd nadpobudliwości w przeszłości. Jednak do tej pory zauważono tylko 20 gwiazd hiperszybkości i wszystkie one były młode i masywne. Naukowcy uważają, że wiele innych gwiazd w różnym wieku i masach również jest przyspieszanych przez Drogę Mleczną, ale wcześniej nie były w stanie ich dostrzec.
Aby rozwiązać ten problem, zespół europejski - kierowany przez Tomassa Marchettiego z Leiden University w Holandii - zaczął rozważać, jak korzystać GaiaOgromny zestaw danych, aby zoptymalizować wyszukiwanie większej liczby gwiazd o superszybkości. Po przetestowaniu różnych metod przyjęli podejście sztucznej sieci neuronowej - tj. Wykorzystując algorytm uczenia maszynowego - do przeszukiwania danych ze spisu gwiazdowego Gaia jest w trakcie gromadzenia się.
Od pierwszej połowy 2016 r. Zespół zaczął opracowywać i szkolić ten program, aby był gotowy na pierwsze wydanie Gaia dane - które pojawiły się kilka miesięcy później 14 września 2016 r. Jak opisał ten proces doktorant Tommaso Marchetti z Uniwersytetu Leiden:
„Ostatecznie zdecydowaliśmy się na użycie sztucznej sieci neuronowej, która jest oprogramowaniem zaprojektowanym do naśladowania działania naszego mózgu. Po odpowiednim „szkoleniu” może nauczyć się rozpoznawać niektóre obiekty lub wzorce w ogromnym zbiorze danych. W naszym przypadku nauczyliśmy go dostrzegać gwiazdy hiperszybkości w gwiezdnym katalogu takim jak ten skompilowany z Gaią. ”
Oprócz mapy z pozycjami ponad miliarda gwiazd, ta pierwsza publikacja danych zawierała mniejszy katalog z odległościami i ruchami dwóch milionów gwiazd. W tym katalogu - znanym jako Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS) - zebrano dane z pierwszego roku Gaia misja i dane z Hipparcos misja i zasadniczo jest to przedsmak tego, co ma pochodzić Gaia
W dniu wydania katalogu Marchetti i jego zespół przeprowadzili algorytm na dwóch milionach gwiazd w TGAS, co ujawniło kilka interesujących znalezisk. „W ciągu zaledwie godziny sztuczny mózg zredukował już zbiór danych do około 20 000 potencjalnych szybkich gwiazd, zmniejszając jego rozmiar do około 1%”, powiedział Rossi. „Dalszy wybór, obejmujący tylko pomiary powyżej pewnej precyzji odległości i ruchu, obniżył to do 80 kandydujących gwiazd”.
Następnie zespół zbadał te 80 gwiazd bardziej szczegółowo i porównał informacje o ich ruchach z danymi z innych katalogów. W połączeniu z dodatkowymi obserwacjami odkryli w końcu sześć gwiazd, które wydawały się poruszać szybciej niż 360 km / s. Wydawało się nawet, że przekracza on 500 km / s, co oznacza, że nie jest już związany grawitacją naszej Drogi Mlecznej i ostatecznie ją opuści.
Ale być może istotnym aspektem tego znaleziska jest fakt, że gwiazdy te nie są szczególnie masywne, jak odkryte poprzednie 20, i miały masę porównywalną z naszym Słońcem. Ponadto 5 wolniejszych gwiazd prawdopodobnie stanie się centralnym punktem badań, ponieważ naukowcy chętnie określają, co je spowolniło. Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że interakcja z ciemną materią galaktyki mogła być odpowiedzialna.
TGAS był zaledwie wczesnym wskaźnikiem ogromnych i cennych danych Gaia ostatecznie zapewni, to badanie pokazuje rodzaje odkryć i badań, które umożliwią te dane. Dzięki nie tylko 2 milionom, ale miliardowi gwiazd do zbadania, astronomowie z pewnością odkryją wiele nowych i ekscytujących rzeczy na temat dynamiki naszej Drogi Mlecznej i rodzajów sił, które ją ukształtowały.
W tym celu Marchetti i jego zespół aktualizują swój program, aby obsługiwać znacznie większy zestaw danych, który ma zostać wydany w kwietniu 2018 r. W tym katalogu znajdą się odległości i ruchy ponad miliarda gwiazd, a także prędkości dla określony podzbiór. Z tego powodu zespół może odkryć, że szybko poruszające się gwiazdy, które są wyrywane z Drogi Mlecznej, są znacznie bardziej powszechne niż wcześniej sądzono.
I koniecznie obejrzyj ten film, który pokazuje ścieżki sześciu nowo odkrytych szybko poruszających się gwiazd, dzięki uprzejmości ESA:
